地源热泵在暖通空调中的应用探究

武萌

摘 要：现在越来越多的居民楼都采用地源热泵进行供暖，较传统的空气源热泵而言，地源热泵无论是从经济效益还是供热的特性方面都具有优势，所以本文根据地源热泵技术的原理和分类，对其进行了细致分析，列举了其在各方面的优势，指出了地源热泵的节能环保性，以及其在未来的发展前景。

关键词：地源热泵；暖通空调；发展前景

1 地源热泵的优势

1.1 环境和经济效益显著

地源热泵机组在运行的时候消耗的能量少，传统的空气源热泵既消耗水又污染水，而且需要锅炉和冷却塔，而地源热泵对这些器材以及原料并无显著需要，环保效益极高。此外，地源热泵机组在电力的应用方面具有节约性，与电供暖相比减少了将近70%，但是它产生的热量却比燃气锅炉的效率高出近50%。

1.2 一机多用，应用广泛

地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。地源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量的能量，而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求，减少了设备的初投资，地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

1.3 维护费用低并可无人值守

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，其系统不是埋在地下就是安装在室内，不暴露在风雨中，机组紧凑、节省空间，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。自动控制程度高，可无人值守、远程管理，无需雇佣人员看管。

1.4 污染小

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少38%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。

1.5 维护简单

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

1.6 寿命长

地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年，要比普通空调高35年使用寿命。

1.7 维持生态环境平衡

地源热泵夏天把室内的热量排到地下，冬天把地下的热量取出来供室内使用，相对来说，向环境排放更少的能量，维持生态环境的平衡。

1.8 节省空间

地源热泵由于没有设备上的过多要求，节约了占地面积，使其外观更美观，也产生了一定的附加经济效益。

地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

2 存在问题

目前地源热泵的技术存在的最大不足是“土壤热不平衡”的问题。南方地区以供冷为主，常年向地下注入热量；而北方地区冬季供暖需求大，从土壤中大量吸热，长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周围生态。

夏热冬冷地区的夏季供冷量往往大于冬季供热量，多出的热量可通过冷却塔散去，也可通过余热回收系统，用于供应生活热水，从一定程度上缓解土壤热不平衡的问题。

3 关于地热源热泵的进一步思考

有关文献的资料显示，地表下不同深度的地源的温度状况有所不同，地表下30m以上的一年四季中会受到太阳光照射的影响而发生周期性的变化。地球表面300m以下的一般受地核的影响，而地下30～300m间的温度基本为上下两层的平衡点。我国的华北地区平衡点温度大约在14～18℃，而中南地区平衡点温度大约在20～22℃。该平衡温度较好地吻合了当地的平均气温，且不受当地气温起伏的干扰。地源热泵在设计结构的过程中常常被遗漏掉一点，就是夏季向地源累计放热量等于冬季向地源累计吸取的热量，以保持该地区地下恒温带的全年温度变化的平衡。

如果我们真的能把此恒温带看作取之不尽、可不断再生的低温地热资源，那么我们的地源热泵系统就可以每年只从地下取热供暖，无需每年夏季提供冷排热了。如果我们真的这样做，五六年后该地层温度就会有明显下降，该地源热泵系统中水源热泵机组的制热效率也会随之下降，10年后就会迫使热泵机组停止使用。

在30～300m深的地下，地源热泵系统都是以天、周、年的时间尺度周期地取热与排热，只要其全年的总取热量与总排热量相等，就能持久地维持恒温带的状态；如果把恒温地层看作为“取之不及，可不断再生的低温地热资源”，可由深层的地热资源或地表太阳能来补充，那就会犯原理性错误。由于地壳的导热系数很小，热容量极大，若要让地表太阳照射的热能或地幔的热能的传递到此恒温带，其恢复温度的时间尺度将是几十年，乃至上百年。因此，单纯地，连续地从此恒温带取热而不考虑及时地热量平衡，此恒温带的温度必然会逐年下降，使地源热泵系统的工况逐年恶化，效率逐年下降，5到10年后就会失效与报废。

实际上地下土壤、卵石与岩石的传热，地下含水层的热迁移都是十分缓慢的。如果我们不遵守年热平衡原则，倘若真的每年夏季累计向地下排放的热量大于冬季累计吸取的热量，即使该地区地下恒温带每年只升高0.5℃，10年后该地源热泵系统就不能有效正常工作了。

因此，我们不应该把地下30～300m深这一恒温带地层看作“取之不尽，可不断再生的低温地热资源，而只能看作“蓄热层”。

4 结束语

地源热泵作为一种环保节能的空调方式，应该得到研究工作者对其进行更为深入的研究，探索其关键性技术。目前在国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面还没有成型的行业标准和规范，其推广应用还有待时日。作为一门新技术，它为我国的可持续发展带来了契机，在不远的将来，随着国富民强，紧急实力的提高和生活水平的进步，研究和技术人员的努力，它在中国一定有广阔的市场前景。

参考文献

[1]武曈，刘钰莹，董喆，等.地源热泵的研究与应用现状[J].制冷技术，2014，（4）：71-75.

[2]李琢.地源热泵的研究与应用现状[J].门窗，2015，（2）：205.

[3]孙骋，胡松海.试论地源热泵的研究和应用[J].工程技术：文摘版，2016，（9）：167.

（作者單位：邯郸建筑设计有限责任公司）